CN201397144Y - 差动式轴角磁电编码器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种绝对位置输出的差动式轴角磁电编码器，包括：转轴、设于转轴顶部并随转轴旋转的磁块、以及设于磁块上方的电路板，电路板上对称设于所述磁块两侧的第一霍尔元件和第二霍尔元件；所述电路板上设有用于检测第一霍尔元件和第二霍尔元件的输出信号之差以确定输出角位移的绝对位置信息的中央处理器。本实用新型采用磁电耦合方式，无机械磨损，故而寿命长；当1只霍尔元件对应N极磁场最大值时，另一只霍尔元件则对应S极磁场的最大值，在旋转磁场变化中，2只霍尔元件的输出有明确的对应关系，很容易识别转角和旋转方向；外界温度变化时，2只霍尔元件输出的差值不变，具有良好的适应环境的特性。

Description

差动式轴角磁电编码器

技术领域

本实用新型涉及一种差动式轴角磁电编码器。

背景技术

编码器在自动化控制中进行角度检测、位置检测的传感器，应用范围广泛；尤其在机器人的控制中需要大量的轴角编码器，机器人的关节中的轴角编码器除了要求有准确的绝对位置输出信息，还需要编码器具有良好的抗震性和耐用想，同时要求编码器体积尽可能小；近十几年，发达国家机器人产业发展迅速，大批的青少年投入业余组装机器人的科技活动，机器人的部件趋于标准化，出现批量生产势头；其中机器人的关节是重要和关键部件，而绝对位置输出的编码器是关节中的主要和关键部件。

目前广泛使用的绝对位置输出的轴角光电编码器在传感过程中采用光电耦合(无机械磨损)而具有长寿命，但最大缺点是：成本较高，抗震动性能差；普通的磁电传感器容易受温度影响，精度无保障。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种精度较高的差动式轴角磁电编码器。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种磁电式差动式轴角磁电编码器，其包括：转轴、设于转轴顶部并随转轴旋转的磁块、以及设于磁块上方的电路板，电路板上对称设于所述磁块两侧的第一霍尔元件和第二霍尔元件；所述电路板上设有用于检测第一霍尔元件和第二霍尔元件的输出信号之差以确定输出角位移的绝对位置信息的中央处理器，所述第一霍尔元件和第二霍尔元件的检测信号输出端分别与中央处理器的第一霍尔信号输入端和第二霍尔信号输入端相连。

进一步，为确保霍尔信号的准确性以提高轴角检测精度，所述第一霍尔元件和第二霍尔元件为线性霍尔器件，且磁块、第一霍尔元件和第二霍尔元件三者的中心在同一直线上。

进一步，为减小体积，差动式轴角磁电编码器还包括一端为圆形开口的圆盘形壳体，壳体的底盘中央设有安装孔，所述转轴设置在该安装孔中且转轴顶端的磁块处于底盘上方，电路板设与所述壳体的圆形开口上。

本实用新型采用磁电耦合方式，无机械磨损，故而寿命长；当1只霍尔元件对应N极磁场最大值时，另一只霍尔元件则对应S极磁场的最大值，在旋转磁场变化中，2只霍尔元件的输出有明确的对应关系，很容易识别转角和旋转方向；外界温度变化时，2只霍尔元件输出的差值不变，具有良好的适应环境的特性；使用时，旋转转轴使磁块旋转，旋转磁场的变化反映了转轴的角位移，霍尔元件将磁感应强度的变化转换成输出电压的变化，而将对应转轴的角位移转换成变化与对应的电信号的变化联系起来。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：(1)本实用新型的差动式轴角磁电编码器中采用磁电耦合方式，根据第一霍尔元件和第二霍尔元件的输出信号之差确定输出角位移的绝对位置信息，故而精度较高。使用时无机械磨损，故而寿命长；另外，其具有良好的抗震性能，成本较低，还具有数字接口输出，体积较小，适用于机器人的关节位置传感、纺织机械的张力传感和震动较强的机械装置中的位置传感。(2)线性霍尔的输出电压与通过该器件的磁感应强度成正比，霍尔输出电压与磁感应强度的对应基本为线性，旋转转轴使磁块旋转，这样就改变了霍尔元件所处位置的磁感应强度，霍尔元件将磁感应强度的变化转换成输出电压的变化，故而将对应转轴的角位移转换成变化与电信号的变化联系起来；电压信号输出经AD转换到微处理器中进行处理，然后用数字量输出角位移。(3)每个霍尔元件的输出曲线将随温度变化而变化，但是两个霍尔元件输出的差值不变；因此，差动输出进一步改善了编码器的输出精度。(4)本实用新型的磁电编码器具备体积小、长寿命(非接触，无磨损)、结构简单、稳定性好(差动输出)、抗震性能好(磁电传感)，因而成本较低；是家用机器人、玩具机器人的理想传感器；也可以用到纺织机械的张力传感；它除具有原磁电编码器所有的功能和优点外，还具有结构更简单合理，体积更小，成本更低，抗震性能优异，适合大批量生产；温度特性明显改善，达到实用目的。

附图说明

图1为现有的差动式磁电编码器的正面结构示意图；

图2为本实用新型的差动式磁电编码器的剖面结构示意图；

图3为本实用新型的差动式磁电编码器的电路原理图；

具体实施方式

(实施例1)

见图1-3，本实施例的差动式轴角磁电编码器，其包括：转轴6、设于转轴6顶部并随转轴6旋转的磁块4、以及设于磁块4上方的电路板3，电路板3上对称设于所述磁块4两侧的第一霍尔元件2和第二霍尔元件5；所述电路板3上设有用于检测第一霍尔元件2和第二霍尔元件5的输出信号之差以确定输出角位移的绝对位置信息的中央处理器，所述第一霍尔元件2和第二霍尔元件5的检测信号输出端分别与中央处理器的第一霍尔信号输入端和第二霍尔信号输入端相连。

为确保霍尔信号的准确性以提高轴角检测精度，所述第一霍尔元件2和第二霍尔元件5为线性霍尔器件，其型号为CS3503。，且磁块4、第一霍尔元件2和第二霍尔元件5三者的中心在同一直线上。

为减小体积，差动式轴角磁电编码器还包括一端为圆形开口的圆盘形壳体1，壳体1的底盘1-1中央设有安装孔，所述转轴6设置在该安装孔中且转轴6顶端的磁块4处于底盘1-1上方，电路板3设与所述壳体1的圆形开口上。

所述中央处理器的型号为C8051F330，是内置10位AD转换的8位微处理器。第一霍尔元件2和第二霍尔元件5的检测信号输出端分别与中央处理器的AD转换器相连(见图3)，该中央处理器具有根据来自霍尔元件2和霍尔元件5的检测信号生成相应角位移数字信号输出的输出端。

Wp1和Wp2为调整电位器，给中央处理器中的AD转换器确定合适的电压输入范围，C1和C2为滤波电容。中央处理器连接有远程通讯用的RS-485通讯芯片U2。中央处理器将第一霍尔元件2和第二霍尔元件5输出的电压信号，经AD转换后再经线性化处理、计数出差值后经工程量转换，最后输出与角位移对应的数字信号。

Claims (3)

1、一种差动式轴角磁电编码器，其结构特征在于包括：转轴(6)、设于转轴(6)顶部并随转轴(6)旋转的磁块(4)、以及设于磁块(4)上方的电路板(3)，电路板(3)上对称设于所述磁块(4)两侧的第一霍尔元件(2)和第二霍尔元件(5)；所述电路板(3)上设有用于检测第一霍尔元件(2)和第二霍尔元件(5)的输出信号之差以确定输出角位移的绝对位置信息的中央处理器，所述第一霍尔元件(2)和第二霍尔元件(5)的检测信号输出端分别与中央处理器的第一霍尔信号输入端和第二霍尔信号输入端相连。

2、根据权利要求1所述的差动式轴角磁电编码器，其特征在于：所述第一霍尔元件(2)和第二霍尔元件(5)为线性霍尔器件，且磁块(4)、第一霍尔元件(2)和第二霍尔元件(5)三者的中心在同一直线上。

3、根据权利要求2所述的差动式轴角磁电编码器，其电路特征在于：还包括一端为圆形开口的圆盘形壳体(1)，壳体(1)的底盘(1-1)中央设有安装孔，所述转轴(6)设置在该安装孔中且转轴(6)顶端的磁块(4)处于底盘(1-1)上方，电路板(3)设与所述壳体(1)的圆形开口上。

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